导电炭黑在半导电屏蔽料中应用.pdf

2011年全国塑料着色与色母粒学术交流会论文集 导电炭黑在半导电屏蔽料中的应用 谢万飞 (曲靖众一精细化工股份有限公司 云南655000) 摘要：本文主要介绍了众一公司把特种炭黑作为公司炭黑产业的发展方向，计划在明年投入人力物力 对110KV以上的高压和超高压电缆半导电屏蔽料用高纯导电炭黑进行开发，以期与国内高压和超高压 电缆半导电屏蔽料生产企业配套，为我国电缆行业的技术进步尽一份力． 关键词：特种炭黑 高压电缆 1概述 随着我国经济的发展，基础设施建设规模巨大，电力建设的投资保持较大的增长幅度，拉动电力 电缆行业的市场增长，近几年的统计表明，其增长幅度年平均在15％以上，预计今后几年这种趋势仍 将继续。 电力电缆按其耐压等级分为低压、中压、高压和超高压电力电缆，其中，国内6KV-35KV的中压 电力电缆发展较快，需求增速较高。典型的中压电力电缆的构造为：从内到外分别为金属导体、导体 屏蔽层(也称为内屏蔽层)、绝缘体层、绝缘屏蔽层(也称为外屏蔽层)、金属屏蔽层、缠绕带和护套 层共7层，其中内、外屏蔽层为半导电屏蔽料，半导电屏蔽料是中、高压电力电缆必须的配套材料， 半导电屏蔽料层主要起到降低电压梯度、均匀电场的作用，减小电缆的导电部分与绝缘部分之间的电 应力，提高电缆的使用寿命。半导电屏蔽料均使用导电炭黑作为导电添加剂，以满足其对体积电阻率 的要求，一般炭黑用量为32％--40％。 国内电缆半导电屏蔽料生产企业主要集中在华东、华北地区，主要生产中压电缆半导电屏蔽料。 35 万公里，35KV电缆年需求近5万公里，总的半导电屏蔽料需求为9．2万吨。按炭黑添加量占35％计算， 年需导电炭黑3万吨以上。根据众一公司对华东地区的电缆屏蔽料生产厂家的调研，其年生产能力为 27500吨，需导电炭黑9500吨左右。 2半导电屏蔽料用导电炭黑的发展 半导电屏蔽料一般用EVA、EEA或共混PE等加入导电炭黑而获得，炭黑的填充量对高分子材料 的导电性有较大的影响，通常随着炭黑填充量的增加而增强，但是，其导电性不会随着炭黑填充量的 增加而成比例地无限增大。低填充量时几乎不产生导电效果。在某个浓度下，炭黑填充的高分子材料 的电阻急剧减小而呈现导电性，这个浓度称为临界浓度或渗透阈。高分子材料中，炭黑含量的多少， 直接影响到导电网络的形成，要赋予高分子材料导电性，其炭黑含量必须达到临界浓度。不同的导电 ·78· 导电炭黑在半导电屏蔽料中的应用 炭黑在同一高分子材料中的临界浓度不同。 半导电屏蔽料早期使用高比表面积、高结构导电炭黑，炭黑添加量在15％左右，位于临界浓度附 近，造成其电性能有较大的波动，对价格工艺和设备较为敏感，体积电阻率的重现性不好，符合炭黑 填充聚合物场致发射论和隧道效应的导电机理。增加炭黑的添加量，则会造成半导电屏蔽料的熔融粘 度增大，成型加工性能会下降，在加工挤出成型时产生焦烧现象，制成的半导电屏蔽层会产生机械性 能低劣的问题。采用中等比表面积、中高结构的炭黑，通过增加炭黑的添加量到25％左右来达到电性 能的要求，上述问题虽然有所改善，但仍不能得到完全解决，符合炭黑填充聚合物隧道效应的导电机 理。现在采用较小比表面积、中高结构的导电炭黑，添加量在35％左右，上述存在的问题都得到良好 的解决，符合炭黑填充聚合物粒子接触导电的导电机理。目前，各导电炭黑生产厂家供应半导电屏蔽 料领域的导电炭黑牌号虽然不同，但都属于较小比表面积、中高结构的导电炭黑。随着电力电缆向高 压方向发展，高压电缆半导电屏蔽料用导电炭黑将改进为小比表面积、高结构和高纯度，通过优化的 炭黑填充量，使其产生炭黑粒子间的接触导电，满足高压半导电屏蔽料对胶料电性能的要求并保持其 稳定性和重现性，而且，胶料的加工成型性能、挤出成缆性能、物理机械性能等满足要求。 3半导电屏蔽料电性能的影响因素 3．1影响半导电屏蔽料电性能的主要因素 导电炭黑的品种和用量： 聚合物的性质(聚合物结晶性、表面张力、分子量、熔体流动指数等)： 炭黑一高分子聚合物的相互作用； 屏蔽料的配方； 混炼和加工条件等。 3．2炭黑性能对导电性的影响 将炭黑填充到高分子材料中，都会降低其体积电阻率，其降低程度取决于炭黑粒子性能及其填充 量。炭黑重量一定时，原生粒子越细，以及由此形成的原生聚集体越